CN103375255A - 用于在低负荷运行期间控制发电设备的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明用于在低负荷运行期间控制发电设备的方法和系统。该系统包括：具有入口和出口的压缩机；至少一个燃烧系统，其有效地产生工作流体且包括头端和排出端，所述至少一个燃烧系统与第一燃料供应源以及压缩机出口流体连通；连接到压缩机的主涡轮部分，所述涡轮部分包括接收至少一个燃烧系统产生的工作流体的PT入口以及排放工作流体的PT出口；与PT出口流体连通的HRSG，HRSG接收工作流体、产生蒸汽，并通过蒸气排出端排放所述蒸汽；以及处理系统，其连接到HRSG的蒸汽排出端，所述处理系统接收HRSG产生的蒸汽，并包括至少两个部分的蒸汽涡轮机，其中第一部分包括第一轴，第二部分包括第二轴和离合器，所述离合器将所述第一轴和所述第二轴连接起来。
Description
技术领域
本发明大体涉及联合循环发电设备，且更确切地说，涉及不需要基本负荷输出时，一种用于运行发电设备的系统和方法。
背景技术
在吸气式涡轮机中，压缩空气与燃料混合并点燃，从而生成导向涡轮部分的高能流体（下文称为“工作流体”）。所述工作流体与涡轮桨叶相互作用，从而产生机械能。这些桨叶使连接到负荷（例如，发电机）的轴旋转。轴的旋转感应出电连接到外部电路的线圈中的电流。在涡轮机为联合循环发电设备的一部分的情况下，离开涡轮部分的高能流体被导向热回收蒸汽发生器（HRSG）。此时，工作流体产生的热量传递到水，用于产生蒸汽。
燃烧过程会产生不必要的排放物和/或污染物，例如，一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。由于环境和/或规章制度的原因，必须减少这些污染物的排放。某些涡轮机添加废气再循环（EGR）过程，从而有助于减少这些污染物的排放。
化学计量EGR（S-EGR）为EGR的一种形式，其中燃烧过程消耗所供应的氧化剂。所述氧化剂可以包括，例如，空气或氧气源。在S-EGR系统中，仅将足够的氧化剂供应到燃烧系统，以在摩尔基础上实现完全燃烧。S-EGR过程可以经配置以产生某种排气流，所述排气流基本为无氧的并且包括浓度相对较高的所需气体。
尽管发电设备通常在基本负荷下运行，但是存在不需要基本负荷输出的一些情形。因此，需要一种在部分负荷下运行发电设备的系统和方法，其中不需要基本负荷输出。本说明书中所使用的部分负荷与低负荷意义相同。
发明内容
下文概述了与最初申请保护的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例并非意图限制申请保护的本发明的范围，相反，这些实施例仅意图简要概述本发明的可能形式。实际上，本发明可以包括可能类似于或不同于下述实施例的多种形式。
根据本发明的第一实施例，一种系统包括：压缩机，其包括压缩机入口和压缩机出口；至少一个燃烧系统，其有效地产生工作流体并且包括头端和排出端，其中所述至少一个燃烧系统与第一燃料供应源（fuel supply）以及压缩机出口流体连通；主涡轮部分，其以机械方式连接到压缩机，其中所述涡轮部分包括接收所述至少一个燃烧系统产生的工作流体的PT入口以及排放工作流体的PT出口；与PT出口流体连通的HRSG，其中所述HRSG接收工作流体、产生蒸汽，并且通过蒸气排出端（steam discharge）排放所述蒸汽；以及处理系统，其连接到HRSG的蒸汽排出端，其中所述处理系统接收HRSG产生的蒸汽，并且包括进一步包括至少两个部分的蒸汽涡轮机，其中第一部分包括第一轴，第二部分包括第二轴和离合器，所述离合器将所述第一轴和所述第二轴有效地连接起来。
进一步的，其中所述HRSG包括分离式热回收蒸汽发生器（HRSG），所述分离式热回收蒸汽发生器包括：第一部分，所述第一部分与所述PT出口流体连通，并且有效地接收所述工作流体的一部分并产生蒸汽；以及第二部分，所述第二部分与所述PT出口流体连通，并且有效地接收所述工作流体的剩余部分。
进一步的，包括连接到所述第一部分和所述第二部分的阻尼器，其中所述阻尼器对在所述第一部分与所述第二部分之间的所述工作流体流进行分配。
进一步的，包括氧化剂压缩机，所述氧化剂压缩机包括ac入口和ac出口；其中所述压缩机独立于所述氧化剂压缩机运行。
进一步的，其中所述至少一个燃烧系统与气流管道流体连通。
进一步的，包括废气再循环（EGR）系统，所述废气再循环系统流体连通地连接在所述分离式HRSG的所述第二部分的排出端与所述压缩机入口之间，以使得离开所述第二部分的所述工作流体由所述压缩机入口吸入；其中所述EGR系统包括用于调节所述工作流体的物理性质的控制装置。
进一步的，包括辅助燃烧系统，所述辅助燃烧系统与所述主涡轮部分的下游流体连通，其中所述辅助燃烧系统从燃料供应源接收燃料。
进一步的，包括辅助涡轮部分，所述辅助涡轮部分连接至所述辅助燃烧系统的下游及所述HRSG的上游。
进一步的，其中所述处理系统连接到所述分离式HRSG的所述第一部分的蒸汽排出端，其中所述处理系统接收所述第一部分产生的所述蒸汽。
进一步的，其中所述蒸汽涡轮机包括：HP部分、IP部分，以及LP部分，其中所述蒸汽排出端的一部分与所述LP部分流体连通。
进一步的，其中所述HP部分和IP部分连接到第一轴；而所述LP部分连接到第二轴；
进一步的，包括第一气流管道，所述第一气流管道在所述氧化剂压缩机的所述ac出口与所述至少一个燃烧系统之间流体连通。
进一步的，其中所述第一气流管道包括与所述氧化剂压缩机下游流体连通的增压压缩机。
进一步的，包括第二气流管道，所述第二气流管道在所述氧化剂压缩机的所述ac出口与辅助燃烧系统之间流体连通。
进一步的，其中所述第一气流管道包括与所述至少一个燃烧系统和辅助燃烧系统的下游流体连通的一个回路。
进一步的，包括第二气流管道，所述第二气流管道在所述氧化剂压缩机的第二ac出口与辅助燃烧系统之间流体连通。
根据本发明的第二实施例，一种方法包括：运行压缩机，以对吸入的气流进行压缩；将从压缩机获得的压缩气流传给至少一个燃烧系统；将燃料输送到所述至少一个燃烧系统，所述至少一个燃烧系统有效地燃烧燃料与压缩气流的混合物；产生工作流体；将所述至少一个燃烧系统产生的工作流体传给主涡轮部分，以及将所述工作流体传给与所述至少一个燃烧系统流体连通的HRSG，其中所述HRSG接收所述工作流体、产生蒸汽，并且通过蒸汽排出端排放蒸汽；以及运行与HRSG的蒸汽排出端流体连通的处理系统，其中所述处理系统接收HRSG产生的蒸汽，并且包括进一步包括至少两个部分的蒸汽涡轮机，其中第一部分包括第一轴，第二部分包括第二轴和离合器，所述离合器将所述第一轴和所述第二轴有效地连接起来；其中所述方法有效地扩展发电设备的调低的范围（turndown range）。
进一步的，其中所述HRSG包括分离式HRSG，所述分离式HRSG包括第一部分和第二部分；并且所述HRSG有效地执行以下操作：将所述工作流体的第一部分传到所述HRSG的所述第一部分；将所述工作流体的剩余部分传到所述HRSG的所述第二部分；以及将所述HRSG产生的所述蒸汽传到处理系统。
进一步的，包括运行氧化剂压缩机，以对吸入的氧化剂进行压缩；其中所述氧化剂压缩机的运行独立于所述压缩机的运行。
进一步的，包括运行废气再循环（EGR）系统，其中所述EGR系统在所述HRSG的所述第二部分的排出端与所述压缩机入口之间流体连通，以使得离开所述第二部分的所述工作流体由所述压缩机入口吸入。
进一步的，其中所述处理系统包括蒸汽涡轮，所述蒸汽涡轮包括：HP部分、IP部分，以及LP部分。
进一步的，包括去接合所述离合器，从而使所述LP部分运行。
进一步的，包括接合所述离合器，从而使所述LP部分、HP部分以及所述IP部分运行。
进一步的，包括在低负荷运行期间，将大部分所述蒸汽流分配到所述LP部分。
附图说明
参考附图阅读以下具体实施方式之后，可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似符号表示所有图中的类似元件/部分。
图1为以开式循环（open-cycle）模式运行的标准燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第一实施例。
图2为以闭式循环（closed-cycle）模式运行的标准燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第二实施例。
图3为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第三实施例。
图4为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第四实施例。
图5为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第五实施例。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了简要描述这些实施例，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计规划中开发任何此类实际实施方案时，均必须作出大量实施方案特定的决策，以实现特定目标，例如，是否要符合与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类尝试可能非常复杂耗时，但无论如何，对受益于本发明的普通技术人员而言，这些仍是常规的设计、建造和制造操作。
本说明书中揭示了具体的实例实施例。但是，本说明书中所揭示的特定结构和功能细节仅表示对所述实例实施例进行说明。然而，本发明的实施例可以通过多种替代形式来实施，并且不应解释为仅限于本说明书中阐述的各个实施例。
因此，尽管实例实施例能够具有多种修改和替代形式，但其中实施例通过附图所示实例进行说明并且将在本说明书中进行详细描述。然而，应了解，本发明并非意图将实例实施例限制为所揭示的特定形式，相反，实例实施例将涵盖本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。
本说明书中所使用的术语仅是为了描述特定实施例，而非意图限制实例实施例。除非上下文以其他方式明确指出，否则本说明书中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式。本说明书中所使用的术语“包括”指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或上述项的组合。
尽管本说明书中可以使用术语“第一”、“第二”、“主要”、“辅助”等对多个元件进行描述，但这些元件不应受限于这些术语。这些术语仅用于区分不同元件。例如，但不限于，在不背离实例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，同样地，第二元件可以被称为第一元件。本说明书中所使用的术语“和/或”包括所列相关条目中的一个或多个条目的任何和所有组合。
本说明书中所使用的某些术语仅是为了方便读者理解，而不应视为对本发明的范围的限制。例如，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”以及类似字词仅用于描述图中所示的配置。实际上，本发明的一个实施例的一个或多个元件可以在任何方向上定向，并且因此，除非上下文以其他方式明确指出，否则术语应被理解为包括此类变体。
本发明可以适用于各种吸气式涡轮机。这可以包括，但不限于，重型燃气涡轮机、航改型燃气涡轮机等。尽管下述内容涉及图1至图5所示的燃气涡轮机，但本发明的实施例可以适用于具有不同配置的燃气涡轮机。例如，但不限于，本发明可以适用于所具有部件不同于或多于图1至图5所示部件的燃气涡轮机。
现参考附图，其中多个附图标记表示若干附图中的类似部件，图1为以开式循环模式运行的标准燃气涡轮机的简化示意图，其图示了本发明的第一实施例。
在图1中，场地100包括燃气涡轮机105，其有效地连接到热回收蒸汽发生器（HRSG）110；负荷115；蒸汽涡轮机265；以及负荷290。燃气涡轮机GT105可以包括GT压缩机120，该GT压缩机具有压缩机入口121和压缩机出口123。GT压缩机120通过压缩机入口121吸入周围空气，随后对空气进行压缩，最后通过压缩机出口123将压缩空气排出。GT压缩机120随后可以将压缩气流输送到主燃烧系统130。
燃气涡轮机105也可以包括主燃烧系统130，所述主燃烧系统接收压缩气流；燃料供应源185，其包括第一燃料管道190和第一燃料阀195。主燃烧系统130对这些流体进行燃烧，从而产生工作流体。
燃气涡轮机105的一个实施例也包括主涡轮部分135，其具有从主燃烧系统130接收工作流体的PT入口137，PT入口137与主燃烧系统130流体连通。主涡轮部分135可以包括旋转部件和固定部件，所述旋转部件和固定部件交替地安装在邻近转子125的轴向方向上。主涡轮部分135将工作流体转换成机械扭矩，用以驱动负荷115（发电机、泵、压缩机等）。主涡轮部分135随后可以通过PT出口139将工作流体排放到排气部分150，随后经由相关的管道、导管、阀等到达HRSG110。
HRSG110的一个实施例可以与主涡轮部分135的PT出口139以某种方式流体连通，其中工作流体的一部分流入HRSG中。HRSG110可以经配置以传递工作流体的一部分产生的热量，从而产生处理系统使用的蒸汽。所述处理系统可以包括，但不限于，蒸汽涡轮机265。在工作流体流过HRSG110之后，工作流体可以通过烟道（stack）225排出。HRSG110的一个实施例可以包括催化剂230，其可以降低NOx、CO和/或其他不需要的排放物的含量。
蒸汽涡轮机265的一个实施例可以包括HP部分270、IP部分275，以及LP部分285，其中蒸汽排出端可以与LP部分285流体连通。一些蒸汽涡轮机265的配置具有有效地连接到第一轴273的HP部分270和IP部分275；并且LP部分285可以连接到第二轴283。此处，每个轴273、283可以使HP/IP部分270、275的运行与LP部分285运行相独立。其他配置使所有部分270、275、285以串联或“单个转子”配置相配合。此处，离合器280可以有效地将第一轴273与第二轴283接合或去接合（disengage）。此种配置可以仅允许LP部分285运行。这在部分负荷运行中可能是非常有益的。这也可以扩展发电设备的调低的范围。
在使用时，本发明的第一实施例可以按以下方式运行。当GT压缩机120将压缩的周围空气输送到主燃烧系统130时，燃料供应源185将燃料（天然气、石油等）输送到主燃烧系统130。
之后，主燃烧系统130燃烧这些流体的混合物，产生工作流体，所述工作流体进入主涡轮部分135。之后，所述工作流体可以流过排气部分150。
在部分负荷运行期间，在工作流体流过HRSG110之后，工作流体可以通过烟道225排出。同时，产生的蒸汽进入LP部分285用于发电，并且进入HP和IP部分，使轴273以小于LP部分285旋转速度的速度进行旋转，并对轴273进行密封。这是因为离合器280是去接合状态。如所属领域中已知的那样，可能存在至少一个其他进汽管道，所述进汽管道始于HRSG110处，并且将蒸汽排入蒸汽涡轮机265的较高压部分（HP、IP等）。
HRSG110的一个实施例可以与主涡轮部分135的PT出口139以某种方式流体连通，其中工作流体的一部分流入HRSG中。HRSG110可以经配置以传递工作流体的一部分产生的热量，从而产生处理系统使用的蒸汽。所述处理系统可以包括，但不限于，蒸汽涡轮机265。在工作流体流过HRSG110之后，工作流体可以通过烟道225排出。HRSG110的一个实施例可以包括催化剂230，其可以降低NOx、CO和/或其他不需要的排放物的含量。
上文关于图1的论述描述了本发明的第一实施例的基本概念。为了方便起见，与图1所述的部件和元件对应的部件和元件在图2至图5中用相同附图标记进行描述，但是仅在对于每个实施例的理解有必要或需要时才特别地对其进行论述。
图2至图5描述了本发明中适用于场地100的实施例，场地100具有闭式循环配置形式（具体而言是化学计量废气再循环）的燃气涡轮机105或再热式燃气涡轮机107。燃烧过程会产生不必要的排放物和/或污染物，例如，一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。由于环境和/或规章制度的原因，必须减少这些污染物的排放。废气再循环（EGR）过程有助于减少这些污染物的排放。本发明的以下实施例可以适用于，但不限于，在部分负荷和化学计量EGR（S-EGR）条件下运行的联合循环发电设备。化学计量条件可以视为仅用足够的氧化剂（例如，但不限于，空气）运行燃烧过程，以促进完全燃烧。完全燃烧将基于碳氢化合物的燃料与氧气进行燃烧，并产生主要副产物：二氧化碳和水。许多因素可能会对是否发生完全燃烧产生影响。这些因素可以包括，但不限于，接近于燃料分子的氧气、振动、动态事件、冲击波等。为了促进形成二氧化碳而不是一氧化碳，可以使用燃料供应源来输送额外的氧气，以促进完全燃烧反应。
根据图3至图5所示的实施例，燃料供应源185可以将从单个源获得的燃料提供到主燃烧系统130和辅助燃烧系统140。或者，燃料供应源185可以将从第一燃料源获得的燃料提供到主燃烧系统130或辅助燃烧系统140，而将从第二燃料源获得的燃料提供到另一燃烧系统140或130。
图2至图5图示了本发明中与分离式HRSG112和EGR阻尼器235一体化的实施例。然而，本发明的实施例不限于具有分离式HRSG112的那些实施例。本发明的各个实施例也可以适用于不添加分离式HRSG以及其抽离装置的配置。
分离式HRSG112可以包括第一部分210、第二部分215以及HRSG阻尼器220，所述HRSG阻尼器220对各部分210与215之间的总工作流体进行分配。此处，负荷290所需的输出可以确定部分210与部分215之间的分流。在S-EGR应用中，所述部分之间的质量流是基于GT压缩机120所需的流量确定的。当从GT压缩机120、氧化剂压缩机155以及燃料供应源185产生的流量组合在一起时，所得流量（与点火温度匹配）通常生成适当的输出。分离式HRSG112可以在场地100的各个部件之间实现所需的质量平衡。
再次参考附图，图2为以闭式循环模式运行的标准燃气涡轮机105的简化示意图，其图示了本发明的第二实施例。在图2中，场地100包括燃气涡轮机105，其有效地连接到分离式HRSG112；负荷115；蒸汽涡轮机265；以及负荷290。燃气涡轮机105可以包括GT压缩机120，其具有压缩机入口121和压缩机出口123。GT压缩机120吸入从EGR系统240接收到的再循环废气（下文称为“工作流体”）、对所述工作流体进行压缩，并通过压缩机出口123将压缩的工作流体排出。燃气涡轮机105可以包括氧化剂压缩机155，其通过ac入口157吸入氧化剂，例如，周围空气，随后同样对氧化剂进行压缩，最后通过ac出口159将压缩空气排出。氧化剂压缩机155可以通过气流管道165将压缩气流输送到主燃烧系统130，所述气流管道165可以包括：通气管道175、通气阀180、增压压缩机160以及隔离阀170，其中每个部件可以根据需要运行。气流管道165可以包括增压压缩机160，其可以在所需的压力和/或流速下，有效地协助将压缩气流输送到主燃烧系统130。
在本发明的实施例中，GT压缩机120独立于氧化剂压缩机155运行。燃气涡轮机105也包括主燃烧系统130，所述主燃烧系统130（通过头端）接收：来自GT压缩机出口123的压缩工作流体；燃料供应源185，其包括第一燃料管道190和第一燃料阀195；以及来自气流管道165的压缩氧化剂（其量足够用于化学计量燃烧）。主燃烧系统130燃烧这些流体，产生基本无氧的工作流体，所述工作流体通过排出端离开燃烧系统。
燃气涡轮机105的一个实施例还包括主涡轮部分135，其具有大体接收主燃烧系统130产生的所有工作流体的PT入口137，PT入口137与主燃烧系统130流体连通。主涡轮部分135与主燃烧系统130流体连通，此处，工作流体是从主燃烧系统130的排出端接收到。主涡轮部分135可以包括旋转部件和固定部件，所述旋转部件和固定部件交替地安装在邻近转子125的轴向方向上。主涡轮部分135将工作流体转换成机械扭矩，用以驱动负荷115（发电机、泵、压缩机等）。主涡轮部分135随后可以通过PT出口139将工作流体排放到排气部分150，随后经由相关的管道、导管、阀等到达分离式HRSG112。
分离式HRSG112可以包括第一部分210、第二部分215以及HRSG阻尼器220，所述HRSG阻尼器220将对各部分210与215之间的总工作流体进行分配。第一部分210的一个实施例可以与主涡轮部分135的PT出口139以某种方式流体连通，其中工作流体的一部分流入所述第一部分210中。第一部分210可以经配置以传递工作流体的一部分产生的热量，从而产生处理系统使用的蒸汽。所述处理系统可以包括，但不限于，蒸汽涡轮机265。在工作流体流过第一部分210之后，工作流体可以通过烟道225排出。第一部分210的一个实施例可以包括催化剂230，其可以降低NOx、CO和/或其他不需要的排放物的含量。本发明的一个实施例可以包括第一部分210中的催化剂230。本发明的替代实施例可以包括第一部分210和第二部分215中的催化剂230。
第二部分215的一个实施例也可以与PT出口139以某种方式流体连通，其中工作流体的剩余部分流入所述第二部分215中。第二部分215可以与第一部分210类似运行。此时，第二部分215也可以生成蒸汽，所述蒸汽可以生成额外的动力或电力。在工作流体流过第二部分215之后，工作流体可以排放到EGR系统240中。
EGR系统240有效地将离开分离式HRSG112的第二部分215的工作流体返回到GT压缩机120。这可以冷却和缓和与燃烧过程相关联的反应温度。第二部分215可以与EGR系统240的接收端或上游端流体连通。如上所述，EGR系统240的排出端可以与GT压缩机120的入口流体连通。EGR系统240的一个实施例包括控制装置，其有效地调节工作流体的物理性质。控制装置可以具有热交换器245和/或EGR压缩机250的形式。如下所述，EGR系统240的各个实施例可以包括多个控制装置。EGR系统240还可以包括促进净化过程的EGR阻尼器235。同时，在部分负荷运行期间，EGR阻尼器235可以有助于使整个系统实现质量平衡。
在使用时，本发明的第二实施例可以按以下方式运行。当氧化剂压缩机155将压缩的周围空气输送到主燃烧系统130时，GT压缩机120将压缩的工作流体输送到主燃烧系统130。如果需要较高压力下的周围空气，则可以使用增压压缩机160。与此近乎同时，燃料供应源185将基于碳氢化合物的燃料（天然气等）输送到主燃烧系统130。
之后，主燃烧系统130燃烧这三种流体的混合物，产生工作流体，所述工作流体进入主涡轮部分135。之后，所述工作流体可以流过排气部分150。之后，如上所述，所述工作流体可以进入分离式HRSG112的第一部分210和第二部分215。
如上所述，在工作流体流过第一部分210之后，随着所产生的蒸汽进入HP部分270、IP部分275以及LP部分285，所述工作流体可以通过烟道225排出。在工作流体流过第二部分215之后，工作流体的剩余部分可以进入EGR系统240。根据EGR系统240的配置，工作流体可以流过热交换器245，其中温度可能会降低。随后工作流体可能流过EGR压缩机250。元件245、250用于在工作流体通过GT压缩机120返回到燃气涡轮机105之前，调节所述工作流体的压力和/或温度。
如上所述，蒸汽涡轮机265的一个实施例可以包括HP部分270、IP部分275，以及LP部分285。在运行上，一些配置允许蒸汽进入HP部分270，然后蒸汽通过HP部分270的排气被排出，最后进入HRSG112。此时，所述蒸汽与IP蒸汽混合并进行再加热；之后，所述蒸汽被传送到IP蒸汽涡轮机275。之后，IP排汽与LP进汽混合后进入LP蒸汽涡轮机285。一些蒸汽涡轮机265的配置具有有效地连接到第一轴273的HP部分270和IP部分275；并且LP部分285可以连接到第二轴283。此处，每个轴273、283可以使HP/IP部分270、275的运行独立于LP部分285的运行。其他配置使所有部分270、275、285以串联或“单个转子”配置相配合。此处，离合器280可以有效地将第一轴273与第二轴283接合或去接合。此种配置可以仅允许LP部分285运行。
在部分负荷时，蒸汽生成偏离（biased）于LP蒸汽的产生。因此，离合器280可以将HP/IP部分270、275与LP蒸汽涡轮机285去接合。此时，LP部分285以额定速度进行旋转。HP/IP部分270、275依靠来自分离式HRSG112的较少HP/IP蒸汽流以较低速度进行旋转。此种蒸汽流可以对HP部分270和IP部分275进行密封。将LP部分285与HP/IP部分270、275解除连接在部分负荷运行中可能是有益的，并且会扩展蒸汽涡轮机265的调低的范围。
上文关于图2的论述描述了本发明中适用于闭式循环燃气涡轮机105的基本概念。为了方便起见，与图2所述的部件和元件对应的部件和元件在图3至图5中用相同附图标记进行描述，但是仅在对于每个实施例的理解有必要或需要时才特别地对其进行论述。
图3为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机107的简化示意图，其图示了本发明的第三实施例。第三实施例与第二实施例之间的主要不同之处在于本发明应用了再热式燃气涡轮机107。此处，再热式燃气涡轮机107分别包括以下额外部件（如图3所示）：辅助燃烧系统140、辅助涡轮部分145以及第二燃料管道200和第二燃料阀205。在运行方面，在此第三实施例中，主燃烧系统130可以或不可以在大体的化学计量模式下运行。然而，辅助燃烧系统140可以用作化学计量系统。
图3所示的实施例还包括额外的空气供应回路300和隔离阀305。此处，空气供应回路300的上游端可以与ac出口159流体连通，而下游端可以连接到辅助燃烧系统140。可以运行额外的空气供应回路300并且可以独立于将压缩的气流供应到主燃烧系统130的回路而对该回路300进行控制。这可以视为专门为辅助燃烧系统140供应压缩的周围空气。
在运行方面，此第三实施例中的蒸汽涡轮机265和分离式HRSG112可以大体类似于本发明第二实施例中的蒸汽涡轮机和分离式HRSG运行。
图4为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机107的简化示意图，其图示了本发明的第四实施例。第四实施例与第三实施例之间的主要不同之处在于配置了空气供应回路400和隔离阀405。如图4所示，空气供应回路400可以与将压缩的气流供应到主燃烧系统130的回路一体化。此处，回路可以与ac出口159流体连通。第一下游端可以连接到主燃烧系统130。第二下游端可以连接到再热式燃烧系统140。
图5为以闭式循环模式运行的再热式燃气涡轮机107的简化示意图，其图示了本发明的第五实施例。第五实施例与第四实施例之间的主要不同之处在于配置了空气供应回路500和隔离阀505。此处，来自氧化剂压缩机155且向空气供应回路500进料的抽取物可能处于用来将氧化剂供应到辅助燃烧系统140所需的压力范围内。此处，空气供应回路500可以为独立的回路，其将压缩的气流供应到辅助燃烧系统140。如图5所示，回路500可以与氧化剂压缩机155上的额外ac出口510流体连通。额外的空气供应回路500的下游端可以连接到辅助燃烧系统140。
尽管本说明书中已说明并描述了具体实施例，但所属领域的技术人员应了解，旨在实现相同目的的任何布置均可替代所示具体实施例，且本发明在其他环境中具有其他应用。此应用旨在涵盖本发明的任何调整或变型。所附权利要求书并非意图将本发明的范围限制为本说明书中描述的具体实施例。
所属领域的技术人员应了解，上述有关若干实施例的许多不同特征和配置可以进一步选择性地适用于形成本发明的其他可能实施例。所属领域的技术人员应进一步了解，将不会提供或详细讨论本发明的任何可能重复方案，即使包含在下述若干权利要求或其他方面中的所有组合和可能实施例意图属于本发明的一部分。此外，根据上述对本发明的若干实施例进行的描述，所属领域的技术人员应注意到各种改进、变化和修改。在所属技术领域范围内的此类改进、变化和修改也在所附权利要求书的范围内。此外，应了解，上述说明仅涉及本发明的所述实施例，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。
Claims (24)
1.一种系统，包括：
压缩机，所述压缩机包括压缩机入口和压缩机出口；
至少一个燃烧系统，所述至少一个燃烧系统有效地产生工作流体并且包括头端和排出端，其中所述至少一个燃烧系统与第一燃料供应源以及所述压缩机出口流体连通；
主涡轮部分，所述主涡轮部分以机械方式连接到所述压缩机，其中所述涡轮部分包括从所述至少一个燃烧系统接收所述工作流体的PT入口，以及排放所述工作流体的PT出口；
HRSG，所述HRSG与所述PT出口流体连通，其中所述HRSG接收所述工作流体、产生蒸汽并且通过蒸汽排出端将所述蒸汽排出；以及
连接到所述HRSG的所述蒸汽排出端的处理系统，其中所述处理系统接收所述HRSG产生的所述蒸汽，并且包括进一步包括至少两个部分的蒸汽涡轮机，其中第一部分包括第一轴，而第二部分包括第二轴和离合器，所述离合器将所述第一轴和所述第二轴有效地连接起来。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述HRSG包括分离式热回收蒸汽发生器（HRSG），所述分离式热回收蒸汽发生器包括：
a.第一部分，所述第一部分与所述PT出口流体连通，并且有效地接收所述工作流体的一部分并产生蒸汽；以及
b.第二部分，所述第二部分与所述PT出口流体连通，并且有效地接收所述工作流体的剩余部分。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括连接到所述第一部分和所述第二部分的阻尼器，其中所述阻尼器对在所述第一部分与所述第二部分之间的所述工作流体流进行分配。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括氧化剂压缩机，所述氧化剂压缩机包括ac入口和ac出口；其中所述压缩机独立于所述氧化剂压缩机运行。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少一个燃烧系统与气流管道流体连通。
6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括废气再循环（EGR）系统，所述废气再循环系统流体连通地连接在所述分离式HRSG的所述第二部分的排出端与所述压缩机入口之间，以使得离开所述第二部分的所述工作流体由所述压缩机入口吸入；其中所述EGR系统包括用于调节所述工作流体的物理性质的控制装置。
7.根据权利要求4所述的系统，进一步包括辅助燃烧系统，所述辅助燃烧系统与所述主涡轮部分的下游流体连通，其中所述辅助燃烧系统从燃料供应源接收燃料。
8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括辅助涡轮部分，所述辅助涡轮部分连接至所述辅助燃烧系统的下游及所述HRSG的上游。
9.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理系统连接到所述分离式HRSG的所述第一部分的蒸汽排出端，其中所述处理系统接收所述第一部分产生的所述蒸汽。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸汽涡轮机包括：HP部分、IP部分，以及LP部分，其中所述蒸汽排出端的一部分与所述LP部分流体连通。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述HP部分和IP部分连接到第一轴；而所述LP部分连接到第二轴；
12.根据权利要求4所述的系统，进一步包括第一气流管道，所述第一气流管道在所述氧化剂压缩机的所述ac出口与所述至少一个燃烧系统之间流体连通。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一气流管道包括与所述氧化剂压缩机下游流体连通的增压压缩机。
14.根据权利要求12所述的系统，进一步包括第二气流管道，所述第二气流管道在所述氧化剂压缩机的所述ac出口与辅助燃烧系统之间流体连通。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一气流管道进一步包括与所述至少一个燃烧系统和辅助燃烧系统的下游流体连通的一个回路。
16.根据权利要求12所述的系统，进一步包括第二气流管道，所述第二气流管道在所述氧化剂压缩机的第二ac出口与辅助燃烧系统之间流体连通。
17.一种方法，包括：
a.运行压缩机以对吸入的气流进行压缩；
b.将从所述压缩机获得的压缩气流传到至少一个燃烧系统；
c.将燃料输送到所述至少一个燃烧系统，所述至少一个燃烧系统有效地燃烧所述燃料和所述压缩气流的混合物；产生工作流体；
d.将所述至少一个燃烧系统产生的所述工作流体传到主涡轮部分；随后将所述工作流体传到与所述主涡轮部分流体连通的HRSG，其中所述HRSG接收所述工作流体、产生蒸汽，并通过蒸汽排出端排放所述蒸汽；以及
e.运行与所述HRSG的所述蒸汽排出端流体连通的处理系统，其中所述处理系统接收所述HRSG产生的所述蒸汽，并且包括进一步包括至少两个部分的蒸汽涡轮机，其中第一部分包括第一轴而第二部分包括第二轴和离合器，所述离合器将所述第一轴和所述第二轴有效地连接起来。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述HRSG包括分离式HRSG，所述分离式HRSG包括第一部分和第二部分；并且所述HRSG有效地执行以下操作：
a.将所述工作流体的第一部分传到所述HRSG的所述第一部分；
b.将所述工作流体的剩余部分传到所述HRSG的所述第二部分；以及
c.将所述HRSG产生的所述蒸汽传到处理系统。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括运行氧化剂压缩机，以对吸入的氧化剂进行压缩；其中所述氧化剂压缩机的运行独立于所述压缩机的运行。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括运行废气再循环（EGR）系统，其中所述EGR系统在所述HRSG的所述第二部分的排出端与所述压缩机入口之间流体连通，以使得离开所述第二部分的所述工作流体由所述压缩机入口吸入。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述处理系统包括蒸汽涡轮，所述蒸汽涡轮包括：HP部分、IP部分，以及LP部分。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括去接合所述离合器，从而使所述LP部分运行。
23.根据权利要求21所述的方法，进一步包括接合所述离合器，从而使所述LP部分、HP部分以及所述IP部分运行。
24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括在低负荷运行期间，将大部分所述蒸汽流分配到所述LP部分。
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